GroESLx proteins of symbiotic X-bacteria were overproduced in Escherichia coli and their structural characteristics were assayed after simple purification. The GroESx and GroELx were heat-stable at 8$0^{\circ}C$ and 5$0^{\circ}C$, respectively. After heat-treatment, GroESx was purified by DEAE Sephadex A-50 chromatography and GroELx was purified by step- and linear sucrose density gradient ultracentrifugation. Molecular masses of GroESx and GroELx were 50-80 kDa and 800 kDa, respectively, as estimated by sucrose density gradient ultracentrifugation. In chemical cross-linking analysis, subunits of GroESx were mostly cross-linked by incubation for 3 h in 0.4% glutaralde-hyde and GroESx was found to be composed of homo-heptamer subunits. Those of GroELx were cross-linked within 10 min in 0.3% glutaraldehyde and GroELx was in two stacks of homo-heptamer subunits. On the other hand, GroESx and GroELx proteins in a solution could not be cross-linked even after incubation for 3 h in 0.5% glutaraldehyde. GroELx was stable at 4-37$^{\circ}C$. In the presence of both GroESx and ATP, GroELx$_{14}$ was stable at 37$^{\circ}C$ but not at 4$^{\circ}C$ or 24$^{\circ}C$. Thus, we confirmed the oligomeric properties of GroESx$_{7}$ and GroELx$_{14}$ and their stability to heat and in the interaction with GroESx.x.
GroEL is a typical molecular chaperone. GroEL synthesis patterns at various culture temperatures in Escherichia coli were investigated in this study. No significant differences in the amount of GroEL produced from the chromosome were found at 30 and 37$^{\circ}C$. However, GroEL production increased 3.4-fold at 42$^{\circ}C$. GroEL synthesis was not transient but continuous at 42$^{\circ}C$, although most heat shock gene expression is known to be transient. To understand the role of the groEL structural gene, a groE promoter-lacZ fusion was constructed. Interestingly , while transcriptional fusion is not thermally inducible, it is inducible by ethanol, suggesting that the secondary structure of the groEL transcript is involved in thermal regulation of the groEL gene. Secondary structures of groE mRNA at 37 and 42$^{\circ}C$ were compared using the computer program RNAdraw. Distinct structures at the two temperatures were found, and these structures may be related to a high level of GroEL expression at 42$^{\circ}C$.
The cells of Campylobacter jejuni heat-shocked at 48${\circ}C$ for 30 min synthesized the heat shock proteins of HSP90, HSP66 and HSP60. Those heat shock proteins were found to correspond to the heat shock proteins of HSP87, HSP66 (DnaK), and HSP58 (GroEL) of E. coli, respectively. By Southern blot analysis of the chromosomal DNAs of C. jejuni with groESL and dnaK genes of E. coli as DNA probes, the heat shock genes of C. jejuni which are homologous to the E. coli groESL and dnaK genes were found to exist in the chromosomal DNA. The genomic libraries of C. jejuni were constructed with the cosmid vector pWE15 and the groEL gene of C. jejuni were cloned in E. coli B178 groEL44 temperature senstive mutant. The hybrid plasmid (pLC1) was inserted with the DNA fragment (about 5.7kb in size) containing the groEL gene. E. coli groEL44 mutant cell transformed with the pLC1 could grow at 42${\circ}C$ by synthesizing the HSP60 of C. jejuni and regained the susceptibility to the ${\lambda}$ vir phage by expression of the groEL gene in the cloned cells. These indicated that the groEL products of C. jejuni had chaperon effects by synthesizing the heat shock proteins in the cloned cells of E. coli.
Kim, Tae-Yong;Kim, Ji-Young;Chang, Kyung-Soo;Kim, Myung-Cheol;Park, Chang-Sik;Han, Hong-Ryul;Jun, Moo-Hyung
Korean Journal of Veterinary Research
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v.45
no.1
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pp.45-53
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2005
GroE that is a heat shock protein composed of GroEL and GroES is known as an immunodominant target of both the humoral and cellular immune responses in bovine brucellosis. This study was carried out to characterize groE gene encoding heat shock proteins of B. abortus isolated in Korea and to evaluate the immunogenicity of the GroE protein expressed in E. coli system. In PCR the specific signals with the size of 2,077 bp were detected in five strains isolated from the mammary lymphnodes of the dairy cattle that were serologically positive and the reference strains. In comparison of the sequences of nucleotides and amino acids among the strains, GroES showed 100% identity in both sequences. GroEL was evaluated 99.0~99.9% in nucleotides and 98.0~100% homology in amino acids. The groE gene including groES and groEL was inserted into pET29a vector and constructed pET29a-GroE recombinant plasmids. The inserted groE was confirmed by digestion with Nco1 and EcoR1 endonucleases and nucleotide sequencing. E. coli BL (DE3) was transformed with pET29a-GroE, named as E. coli BL (DE3)/pET29a-GroE. In SDS-PAGE, it was evident that the recombinant plasmid effectively expressed the polypeptides for GroES (10 kDa) and GroEL (60 kDa) in 0.5, 1 and 2 hours after IPTG induction. The immuno-reactivity of the expressed proteins were proved in mouse inoculation and Western blot analysis.
The groESL bicistronic operon of a restricted facultative methylotrophic bacterium Methylovorus sp. strain SS1 DSM 11726 was cloned and characterized. It was found to consist of two ORFs encoding proteins with molecular masses of 11,395 and 57,396 daltons, which showed a high degree of homology to other bacterial GroES and GroEL proteins. The genes were clustered in the transcription order groES-groEL. Northern blot analyses suggested that the groESL operon is transcribed as a bicistronic 2.2-kb mRNA, the steady-state level of which was markedly increased by temperature elevation. Primer extension analysis demonstrated one potential transcription start site preceding the groESL operon, which is located 100bp upstream of the groES start codon. The transcription start site was preceded by a putative promoter region highly homologous to the consensus sequences of Escherichia coli ${\sigma}^{32}$-type heat shock promoter, which functioned under both normal and heat shock conditions in E. coli. Heat shock mRNA was maximally produced by Methylovorus sp. strain SS1 approximately 10min after increasing the temperature from 30 to $42^{\circ}C$. The groESL operon was also induced by hydrogen peroxide or salt shock.
The goal of this study is to investigate effects of temperature and co-chaperonin requirement for in vitro protein refolding assisted by E. coli chaperone GroEL under permissive and nonpermissive temperature conditions. In vitro protein refolding of two denatured proteins was kinetically investigated under several conditions in the presence of GroEL. Effects of temperature and GroES-requirement on the process of prevention of protein aggregation and refolding of denatured protein were extensively monitored. We have found that E. coli GroEL chaperone system along with ATP is required for invitro refolding of unfolded polypeptide under nonpermissive temperature of $37^{\circ}C$. However, under permissive condition spontaneous refolding can occur due to lower temperature, which can competes with chaperone-mediated protein refolding via GroEL chaperone system. Thus, GroEL seemed to divert spontaneous refolding pathway of unfolded polypeptide toward chaperone-assisted refolding pathway, which is more efficient protein refolding pathway.
Three combinations of molecular chaperones from Escherichia coli (i.e., DnaK-DnaJ-GrpE-GroEL-GroES, GroEL-GroES, and DnaK-DnaJ-GrpE) were overproduced in E. coli BL21, and their in vitro stabilizing effects on a nitrile hydratase (NHase) were assessed. The optimal gene combination, E. coli groEL-groES (ecgroEL-ES), was introduced into Rhodococcus ruber TH3. A novel engineered strain, R. ruber TH3G was constructed with the native NHase gene on its chromosome and the heterologous ecgroEL-ES genes in a shuttle plasmid. In R. ruber TH3G, NHase activity was enhanced 37.3% compared with the control, TH3. The in vivo stabilizing effect of ecGroEL-ES on the NHase was assessed using both acrylamide immersion and heat shock experiments. The inactivation behavior of the in vivo NHase after immersion in a solution of dynamically increased concentrations of acrylamide was particularly evident. When the acrylamide concentration was increased to 500 g/l (50%), the remaining NHase activity in TH3G was 38%, but in TH3, activity was reduced to 10%. Reactivation of the in vivo NHases after varying degrees of inactivation was further assessed. The activity of the reactivated NHase was more than 2-fold greater in TH3G than in TH3. The hydration synthesis of acrylamide catalyzed by the in vivo NHase was performed with continuous acrylonitrile feeding. The final concentration of acrylamide was 640 g/l when catalyzed by TH3G, compared with 490 g/l acrylamide by TH3. This study is the first to show that the chaperones ecGroEL-ES work well in Rhodococcus and simultaneously possess protein-folding assistance functions and the ability to stabilize and reactivate the native NHases.
Kim, Jong-Deok;Sachiko Machida;Kiyoshi Hayashi;Ha, Sun-Deok;Gong, Jae-Yeol
KSBB Journal
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v.14
no.4
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pp.429-433
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1999
$\beta$-Glucosidaes from Cellvibrio gilvus(CG) was successfully overproduced in soluble form in E. coli with the coexpression of GroEL/ES/. Without the GroEL/ES protein, the $\beta$-glucosidase overexpressed in E. coli constituted a huge amount(80%) of total cellular protein, but was localized in the insoluble fraction, and little activity was detected in the soluble fraction. Coexpression of the E. coli GroEL/ES had a drastic impact on the proper folding of the $\beta$-glucosidase; 20% of the overexpressed enzyme was recovered in the soluble fraction in active form. Similar effects of GroEL/ES were also observed on the overexpressed $\beta$-glucosidase from Agrobacterium tumefaciens(AT). And pET28(a)-RGRAR, partially deleted mutant lacking 5-amino acid residues at carboxy teminus also could be folded into an active form when expressed with the molecular chaperonin GroEL/ES, and its activity was higher than that of the without GroEL/ES system, In addition, the synergistic effect of GroEL/ES and the low induction temperature were important factors for solubilization of the inclusion body from overproduced $\beta$-glucosidases.
Kim, Sokho;Oh, Myung-Hoon;Kim, Bum-Seok;Kim, Won-Il;Cho, Ho-Seong;Park, Byoung-Yong;Park, Chul;Shin, Gee-Wook;Kwon, Jungkee
Journal of Ginseng Research
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v.39
no.4
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pp.365-370
/
2015
Background: The beneficial effects of ginsenoside species have been well demonstrated in a number of studies. However, the function of ginsenoside Ro (GRo), an oleanane-type saponin, has not been sufficiently investigated. Thus, the aim of the present study was to investigate the anti-inflammatory effects of GRo in vitro using the Raw 264.7 mouse macrophage cell line treated with lipopolysaccharide (LPS), and to clarify the possible mechanism of GRo involving heme oxygenase-1 (HO-1), which itself plays a critical role in self-defense in the presence of inflammatory stress. Methods: Raw 264.7 cells were pretreated with GRo (up to $200{\mu}M$) for 1 h before treatment with 1 mg/mL LPS, and both cell viability and inflammatory markers involving HO-1 were evaluated. Results: GRo significantly increased cell viability in a dose dependent manner following treatment with LPS, and decreased levels of reactive oxygen species and nitric oxide. GRo decreased inflammatory cytokines such as nitric oxide synthase and cyclooxygenase-2 induced by LPS. Moreover, GRo increased the expression of HO-1 in a dose dependent manner. Cotreatment of GRo with tin protoporphyrin IX, a selective inhibitor of HO-1, not only inhibited upregulation of HO-1 induced by GRo, but also reversed the anti-inflammatory effect of GRo in LPS treated Raw 264.7 cells. Conclusion: GRo induces anti-inflammatory effects following treatment with LPS via upregulation of HO-1.
The GroEL heat-shock protein from Fusobacterium nucleatum, a periodontopathogen, activates risk factors for atherosclerosis in human microvascular endothelial cells (HMEC-1) and ApoE-/- mice. In this study, we analyzed the signaling pathways by which F. nucleatum GroEL induces the proinflammatory factors in HMEC-1 cells known to be risk factors associated with the development of atherosclerosis and identified the cellular receptor used by GroEL. The MAPK and NF-${\kappa}B$ signaling pathways were found to be activated by GroEL to induce the expression of interleukin-8 (IL-8), monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1), vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1), E-selectin, and tissue factor (TF). These effects were inhibited by a TLR4 knockdown. Our results thus indicate that TLR4 is a key receptor that mediates the interaction of F. nucleatum GroEL with HMEC-1 cells and subsequently induces an inflammatory response via the MAPK and NF-${\kappa}B$ pathways.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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